고농도 방사선 조사 후 발생하는 생쥐 소장 운동성의 변화 연구

Abstract

(목적) 방사선 장염의 급성 증상은 주로 장관 내 점막의 염증과 정상 점막의 소실에 기인하지만, 방사선 조사 후 발생하는 위장관 운동의 변화 역시 원인이 될 수 있다. 위장관의 운동은 내인성 신경 지배(enteric nervous system)에 의한 이동성 위장관 복합운동(migrating motor complex, MMC)과 Cajal 기질 세포(interstitial cells of Cajal, ICC)에서 기원하는 서파(slow wave)에 의한 위상성 수축(phasic contraction)으로 구성된다. 고농도의 방사선에 노출되어 위장관 점막의 염증이 발생하면 여러 신경전달물질의 변화가 생겨 장관의 운동성을 변화시킬 것으로 생각되어 왔다. 위장관의 자발적 운동에 중요한 역할을 하는 Cajal 기질세포(ICC)는 여러 병태 생리학적 환경에서 평활근의 표현형으로 변환되었다가, 병적인 상태가 호전되면 다시 회복되는 가소성(plasticity)의 특성을 가지고 있는데 이러한 ICC가 고농도 방사선에 가소성을 보일 수 있는지에 대한 연구는 현재까지 찾아볼 수 없다. 따라서, 본 연구에서는 고농도 방사선을 조사한 생쥐의 소장에서 전기 및 운동 생리학적인 실험을 통해 소장의 운동성의 변화를 관찰하고, ICC의 변화 양상을 확인하며, 다양한 신경전달물질의 영향을 분석하여, 고농도 방사선 조사 후 발생하는 생쥐 소장의 운동성 변화의 원인을 밝히고자 하였다. (대상 및 방법) 고농도 방사선(13Gy)을 8-10주령의 수컷, C3H/HeN 생쥐의 전신에 조사하고, 일정 시간 후에 복강 수술을 통해 소장을 적출한 후, 생리적인 환경과 유사한 수조에서 운동성의 변화를 관찰하였다. 방사선 조사 후 0, 1, 3, 5일째의 실험군과 sham 대조군에서 소장 분절의 수축 장력을 측정하였고, 평활근 세포 내 막전압의 변화를 측정하였다. 각각의 군에서 점막층과 평활근 내 세포의 손상을 평가하기 위해 Hematoxilin and Eosin(H&E) 염색과 TUNEL 분석을 시행하였고, ICC의 조직학적 변화를 확인하기 위해 c-kit 면역조직화학 염색 및 c-kit mRNA에 대한 quantitative real-time polymerase chain reaction(qPCR)을 시행하였다. 또한, 각각의 실험군과 대조군에서 신경전달물질과 관련된 약물을 수조에 투여하여, 소장 운동성의 변화를 관찰하였다. (결과) Phasic contractions은 방사선 조사 후 0, 1, 2, 5일째에 sham 대조군과 비교하여 차이가 없었다. Slow wave 역시 방사선 조사 후에도 잘 유지되었다. 그러나, MMC의 진동수가 방사선 조사 후 0, 1일째에 대조군과 비교하여 의미있게 증가하였으며, 진폭 및 area under the curve(AUC)가 3일째에 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 MMC는 방사선 조사 후 5일째 다시 회복되는 것을 관찰 할 수 있었다. H&E 염색에서 방사선 조사 후 3일째 장관 내 점막의 염증이 가장 심하였고, 5일째는 회복되는 것을 확인 할 수 있었다. TUNEL 분석에서 세포자멸사(apoptosis)는 점막 내에 국한되어 있음를 확인 하였다. 면역조직화학 염색에서 c-kit(+) ICC가 실험군과 대조군에서 차이 없이 관찰되었으며, c-kit mRNA에 대한 qPCR에서도 역시 차이가 없었다. Acetylcholine은 방사선 조사 후 0, 1일째 수축 장력을 크게 증가시켰으나, 대조군과의 통계적인 차이는 없었다. Nw-oxide-L-arginine (L-NA)를 방사선 조사 후 3일째에 투여하였을 때, 감소되었던 MMC의 진폭과 AUC, 진동수 모두 재건되는 것을 확인 할 수 있었고 이것은 대조군에서 보이는 MMC와 차이가 없었다. 방사선 조사 후 5일째에 회복된 MMC는 tetrodotoxin과 sodium nitroprusside에 의해 감소되었고, 이 역시 대조군과 차이가 없었다. (결론) 고농도 방사선 조사 후 생쥐의 소장에서 phasic contraction과 slow wave는 변화가 없으며, ICC의 기능은 유지되는 것으로 생각된다. 방사선 조사 후 발생하는 장관 운동성의 변화는 MMC가 변화되어 발생하며, 이는 염증에 의해 유발된 신경 전달 물질의 변화에 기인하는 것으로 생각된다.